復(fù)合材料是指由兩種以上材料組合而成的，物理和化學(xué)性質(zhì)與原材料不同，但又保持某些有效功能的新材料。與傳統(tǒng)金屬材料不同，復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能屬于“一次性”形成，且制造過(guò)程中受到很多難以精確控制的因素影響，因此導(dǎo)致構(gòu)件的質(zhì)量往往具有一定的離散性，即使是經(jīng)過(guò)研究和試驗(yàn)制訂的合理工藝，也可能導(dǎo)致生產(chǎn)出來(lái)的結(jié)構(gòu)件存在缺陷，給工程應(yīng)用帶來(lái)安全隱患，因此對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)具有重要意義。由于大多數(shù)復(fù)合材料是用數(shù)層基體相同或不同結(jié)構(gòu)的纖維粘接而成的，形成的層狀結(jié)構(gòu)通常具有非均勻性及各向異性等特點(diǎn)，因此不能完全沿用傳統(tǒng)超聲檢測(cè)中適合各向同性、均勻介質(zhì)的方法來(lái)檢測(cè)復(fù)合材料，必須研究適應(yīng)復(fù)合材料自身特點(diǎn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和方法。

先進(jìn)復(fù)合材料專指可用作主承力結(jié)構(gòu)和次承力結(jié)構(gòu)，其剛度和強(qiáng)度性能相當(dāng)于或超過(guò)鋁合金的復(fù)合材料，由普通復(fù)合材料經(jīng)硼纖維、碳纖維等高性能增強(qiáng)相增強(qiáng)獲得。由于可取得減重20% ~ 30%的顯著效果，因此先進(jìn)復(fù)合材料被大量應(yīng)用到航空航天等領(lǐng)域。據(jù)報(bào)導(dǎo)，自1980年F-18軍機(jī)開始，國(guó)外最新研制的殲擊機(jī)全部采用復(fù)合材料機(jī)翼，機(jī)身也大量采用先進(jìn)復(fù)合材料，用量達(dá)到結(jié)構(gòu)重量的25%~50%。此外，以A380大型客機(jī)為代表的民用飛機(jī)上復(fù)合材料用量也有大幅度提高。先進(jìn)復(fù)合材料已發(fā)展成為繼鋁、鋼、鈦之后的重要結(jié)構(gòu)材料，其用量已成為航空航天結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性標(biāo)志之一。

平底孔缺陷

用超聲波頻譜法可以檢測(cè)復(fù)合材料中的缺陷。當(dāng)材料厚度是半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，由材料不同次反射回波之間的相互干涉會(huì)導(dǎo)致反射信號(hào)頻譜出現(xiàn)“下陷”，下陷的周期與垂直于聲束方向上的材料厚度有關(guān)。據(jù)此可以確定垂直于聲波傳播方向的平面中的分層和氣孔。通過(guò)比較良好試樣和有缺陷樣品的諧振頻率間隔，即可確定缺陷的大小和埋深。

以檢測(cè)厚5.26mm的石墨-環(huán)氧復(fù)合材料板為例。從標(biāo)準(zhǔn)樣件的背面鉆出直徑為6mm、3mm和1.5mm的平底孔，得到了無(wú)缺陷區(qū)域及有缺陷部位的歸一化反射頻譜，如圖7-1所示，根據(jù)在試樣良好區(qū)域確定的超聲波聲速，可以計(jì)算出含有平底孔的區(qū)域缺陷深度，其結(jié)果見表7-1。

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